本文關鍵詞：納米時柵位移傳感器的信號處理技術研究

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【摘要】：精密位移測量技術是高檔數(shù)控機床和裝備制造的基礎,直接關系到相關國家重大專項的順利進行和國家重大工程的向前推進,其水平高低是衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標志。近十年來,精密位移測量技術得到了長足的發(fā)展,已全面進入納米時代。國內外有關大量程納米位移傳感器研究的重點是光柵測量方法,但是精密光刻和高倍穩(wěn)定的細分是納米光柵測量的兩大技術難點,難以突破。基于此,在前期時柵研究的基礎上,提出一種基于交變電場的納米時柵位移傳感器。在納米時柵研究過程中,發(fā)現(xiàn)對測量系統(tǒng)的信號特征與系統(tǒng)結構認識不足,制約了測量精度的提高,主要表現(xiàn)在運動參考系勻速性、信號耦合通道和信噪比三方面。針對上述三方面的問題,本文立足于信號與系統(tǒng)的整體性,通過尋找誤差源頭并從根源上減小誤差,開展了納米時柵信號處理技術研究,主要的研究內容如下:首先,在深入研究納米時柵的基本結構和傳感原理的基礎上,對信號傳輸回路進行了系統(tǒng)分析,根據(jù)分析結果建立了信號傳輸模型,重點對系統(tǒng)電路模型進行研究,找到了具體誤差來源是分布參數(shù)大、器件參數(shù)一致性差和信號傳輸效率低;然后,針對誤差來源,提出了跟隨器隔離技術、閉環(huán)控制技術和多路比較技術,并融入到系統(tǒng)中,對納米時柵信號處理系統(tǒng)進行優(yōu)化,完成了系統(tǒng)研制;最后,開展了從電路級到系統(tǒng)級再到應用級的大量實驗,實驗結果表明,在不損失響應速度等性能的前提下,新的納米時柵信號處理技術將系統(tǒng)誤差減小了37.5%,將隨機誤差減小了66.7%,納米時柵最終位移測量精度達到±200nm,分辨率達到1nm,并且在工業(yè)環(huán)境下表現(xiàn)出優(yōu)越的綜合性能。納米時柵信號處理技術研究主要圍繞信號建模和系統(tǒng)分析展開,理論研究與實踐檢驗相結合,通過對納米時柵信號處理技術研究,加深了對時柵信號特征與系統(tǒng)結構的認識,提高了納米時柵測量精度,推動了時柵產(chǎn)業(yè)化進程。
【關鍵詞】：納米測量 時柵 信號處理 系統(tǒng)建模 誤差分析
【學位授予單位】：重慶理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 本文的研究背景、來源和意義10-12
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 納米位移傳感器12-14
• 1.2.2 時柵信號處理技術14-16
• 1.3 本文的主要研究內容16-18
• 2 納米時柵測量原理18-30
• 2.1 時空坐標轉換理論18-20
• 2.2 時柵傳感器20-22
• 2.3 納米時柵行波方程22-25
• 2.4 納米時柵傳感原理25-29
• 2.4.1 納米時柵結構25-28
• 2.4.2 信號加載28
• 2.4.3 信號合成28-29
• 2.5 本章小結29-30
• 3 信號傳輸系統(tǒng)建模與誤差分析30-46
• 3.1 信號傳輸回路分析30-33
• 3.2 信號傳輸系統(tǒng)模型33-38
• 3.2.1 運算模型33-34
• 3.2.2 電路模型34-38
• 3.3 誤差分析38-44
• 3.3.1 分布參數(shù)誤差39-41
• 3.3.2 參數(shù)一致性誤差41-44
• 3.4 本章小結44-46
• 4 信號處理系統(tǒng)設計46-60
• 4.1 信號處理系統(tǒng)結構46-47
• 4.2 激勵信號源模塊47-49
• 4.2.1 信號發(fā)生電路48
• 4.2.2 信號反饋電路48-49
• 4.2.3 跟隨電路49
• 4.3 信號采集模塊49-54
• 4.3.1 放大合成電路50-51
• 4.3.2 濾波電路51-52
• 4.3.3 多路比較電路52-54
• 4.4 數(shù)據(jù)處理模塊54-58
• 4.4.1 控制電路54-55
• 4.4.2 閉環(huán)控制算法55-56
• 4.4.3 反饋信號檢測方法56
• 4.4.4 時間測量方法56-58
• 4.5 本章小結58-60
• 5 實驗研究60-72
• 5.1 實驗平臺60-61
• 5.2 激勵信號源實驗61-63
• 5.2.1 激勵信號源波形實驗62
• 5.2.2 激勵信號源精度實驗62-63
• 5.3 采集模塊實驗63-66
• 5.3.1 感應駐波信號64
• 5.3.2 行波信號64-65
• 5.3.3 多路比相信號65-66
• 5.4 系統(tǒng)誤差實驗66-67
• 5.5 隨機誤差實驗67-69
• 5.6 工業(yè)現(xiàn)場實驗69-70
• 5.7 本章小結70-72
• 6 總結與展望72-74
• 6.1 總結72-73
• 6.2 展望73-74
• 致謝74-76
• 參考文獻76-80
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文及取得的研究成果80

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本文編號：1109706